Bendroji chemija: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 14 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniai Atgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Stechiometrija

Moliai: n = m/M
Koncentracija: c = n/V
Molių santykis: naudokite išlygintos reakcijos lygties koeficientus
Ribojantysis reagentas: tas, kuris baigiasi pirmas
Išeiga procentais: faktinė / teorinė × 100%

Metodas

Užrašykite ir išlyginkite cheminę lygtį.
Duotą masę paverskite moliais: n = m/M.
Koeficientus naudokite kaip molių santykį ir raskite reikiamos medžiagos molių skaičių.
Atgal į masę perskaičiuokite pagal m = n·M. Kai yra du reagentai, pirmiausia raskite ribojantįjį reagentą.

Molinė koncentracija ir skiedimas

Molinė koncentracija: c = n/V (mol/L)
Moliai: n = m/M
Skiedimas: c₁V₁ = c₂V₂
Maišymas: c = (c₁V₁ + c₂V₂)/(V₁ + V₂)

Metodas

Masę į molius perskaičiuokite pagal n = m/M.
Tūrį perskaičiuokite į litrus.
Molinė koncentracija c = n/V, mol/L.
Skiedžiant molių skaičius nekinta: c₁V₁ = c₂V₂.

Idealiųjų dujų dėsnis

Idealiųjų dujų dėsnis: pV = nRT
Dujų konstanta: R = 8,314 J/(mol·K)
Jungtinis dujų dėsnis: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂
Moliai: n = m/M
Temperatūra: T[K] = T[°C] + 273,15

Kalorimetrija ir entalpija

Šiluma: q = m·c·ΔT
Vanduo: c = 4,18 J/(g·°C)
Kalorimetras: atiduota šiluma = gauta šiluma
Reakcijos entalpija: ΔH° = ΣΔH°_f(products) − ΣΔH°_f(reactants)

Cheminė pusiausvyra

Pusiausvyros konstanta: K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b)
ICE lentelė: Pradinė (Initial), pokytis (Change, ×koeficientas), pusiausvyra (Equilibrium)
Kvadratinė lygtis: x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)

Metodas

K_c užrašykite kaip produktų ir reagentų santykį, kiekvieną pakėlę jo koeficiento laipsniu.
Sudarykite ICE lentelę: pradinės koncentracijos (Initial), pokytis (Change, x kart koeficientai), pusiausvyra (Equilibrium).
Pusiausvyros išraiškas įrašykite į K_c ir išspręskite x atžvilgiu.
Patikrinkite, ar x pakankamai mažas aproksimacijai; kitu atveju spręskite kvadratinę lygtį.

pH ir buferiai

pH: pH = −log[H⁺]
pOH: pOH = −log[OH⁻], pH + pOH = 14
Silpnoji rūgštis: [H⁺] ≈ √(K_a·c)
Buferis: pH = pK_a + log([A⁻]/[HA])
Skiedimas: c₁V₁ = c₂V₂

Metodas

Nustatykite, ar rūgštis ar bazė yra stiprioji (visiškai disocijuoja), ar silpnoji.
Stiprioji rūgštis: [H⁺] lygi jos koncentracijai. Stiprioji bazė: pirmiausia raskite [OH⁻].
Silpnoji rūgštis: išspręskite K_a = x²/(c − x), kur x = [H⁺].
pH = −log[H⁺], o 25 °C temperatūroje pH + pOH = 14.

Reakcijų kinetika

Pirmoji eilė: ln(C_A/C_A0) = −kt
Pusėjimo trukmė (pirmoji eilė): t_½ = ln 2/k
Antroji eilė: 1/C_A = 1/C_A0 + kt
Arenijus: k = A·e^−E_a/(RT)
Dvi temperatūros: ln(k₂/k₁) = (E_a/R)(1/T₁ − 1/T₂)

2Uždaviniai

1.StechiometrijaVidutinis

24 g Al ir 16 g Cl₂ reaguoja pagal 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃. Kokia AlCl₃ masė m gali susidaryti?

M(Al) = 26,98M(Cl₂) = 70,9M(AlCl₃) = 133,33 g/mol

m = g

2.StechiometrijaSunkus

Reakcijoje CaCO₃ → CaO + CO₂ 16 g CaCO₃ sureaguoja visiškai (kitų reagentų perteklius) ir surenkama 4,93 g CaO. Raskite išeigą procentais Y.

M(CaCO₃) = 100,09 g/molM(CaO) = 56,08 g/molfaktinė: 4,93 g

Y = %

3.Molinė koncentracija ir skiedimasVidutinis

Reikia 250 mL 0,4 mol/L tirpalo, o turite 4 mol/L pradinį tirpalą. Kokio tūrio V₁ pradinio tirpalo reikia?

c₁ = 4 mol/Lc₂ = 0,4 mol/LV₂ = 250 mL

V₁ = mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimasSunkus

50 mL 1,5 mol/L tirpalo sumaišoma su 250 mL tos pačios medžiagos 2,5 mol/L tirpalo. Raskite mišinio koncentraciją c (tūriai adityvūs).

c₁ = 1,5 mol/LV₁ = 50 mLc₂ = 2,5 mol/LV₂ = 250 mL

c = mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnisVidutinis

30 L talpos inde yra 250 g dujų (CO₂), temperatūra 40 °C. Laikykite jas idealiosiomis ir raskite slėgį P.

m = 250 gM = 44,01 g/molV = 30 LT = 40 °CR = 8,314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Idealiųjų dujų dėsnisSunkus

Pastovus dujų (Ar) kiekis pereina iš 250 kPa, 2 L, 30 °C į 350 kPa ir 210 °C. Raskite naują tūrį V₂.

P₁ = 250 kPaV₁ = 2 LT₁ = 30 °CP₂ = 350 kPaT₂ = 210 °C

V₂ = L

7.Kalorimetrija ir entalpijaVidutinis

250 g metalo gabalas (geležis, c = 0,449 J/(g·°C)), įkaitintas iki 200 °C, įmetamas į 150 g 16 °C vandens (c = 4,18 J/(g·°C)) termiškai izoliuotame inde. Raskite galutinę temperatūrą T_f.

m_metal = 250 gc_metal = 0,449 J/(g·°C)T_metal = 200 °Cm_water = 150 gT_water = 16 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.Kalorimetrija ir entalpijaSunkus

Naudodami standartines susidarymo entalpijas raskite reakcijos CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O(l) ΔH°.

ΔH°f(CH₄) = −74,8 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393,5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285,8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

ΔH° = kJ

9.Cheminė pusiausvyraVidutinis

Į indą įdedama 0,25 mol/L H₂ ir 0,25 mol/L I₂, ir jie reaguoja: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, K_c = 16. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [HI].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,25 mol/LK_c = 16

[HI] = mol/L

10.Cheminė pusiausvyraSunkus

PCl₅ skyla: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, reakcijos temperatūroje K_c = 0,5. Pradžioje inde yra tik PCl₅, jo koncentracija 0,1 mol/L. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 0,1 mol/LK_c = 0,5

[PCl₅] = mol/L

11.pH ir buferiaiVidutinis

Raskite 0,25 mol/L tirpalo, kurio medžiaga – skruzdžių rūgštis (Ka = 0,00018), pH pH.

c = 0,25 mol/LKa = 0,00018

pH =

12.pH ir buferiaiSunkus

1,00 L buferyje yra 0,2 mol medžiagos „hipochloritinė rūgštis“ ir 0,2 mol jos konjuguotosios bazės (Ka = 3 × 10⁻⁸). Pridedama 0,01 mol NaOH. Raskite naują pH pH.

n(HA) = 0,2 moln(A⁻) = 0,2 moln(OH⁻) = 0,01 molKa = 3 × 10⁻⁸

pH =

13.Reakcijų kinetikaVidutinis

Pirmos eilės reakcijos periodiniame reaktoriuje k = 0,08 min⁻¹. Kiek laiko reikia, kad konversija pasiektų 75%? Raskite t.

k = 0,08 min⁻¹X = 75 %

t = min

14.Reakcijų kinetikaSunkus

Reakcijos aktyvacijos energija 100 kJ/mol. 30 °C temperatūroje ji per lėta. Iki kokios temperatūros T₂ (°C) ją reikia pašildyti, kad ji vyktų 3 kartų greičiau?

E_a = 100 kJ/molT₁ = 30 °Ck₂/k₁ = 3R = 8,314 J/(mol·K)

T₂ = °C

3Tirpalai

1.Stechiometrija

Atsakymas: m = 20,06 g

Stechiometrija: išlyginta lygtis skaičiuoja daleles, ne gramus. Masę paverskite moliais pagal n = m/M, lygties koeficientus naudokite kaip molių santykį, tada grįžkite prie masės pagal m = n·M. Kai yra du reagentai, ribojantysis reagentas yra tas, kuris sunaudojamas pirmas ir lemia susidarančio produkto kiekį.

Kiekvieno reagento moliai

n(Al) = 24/26,98 = 0,8895 mol

n(Cl₂) = 16/70,9 = 0,2257 mol

Ribojantysis reagentas

0,8895/2 = 0,4448, 0,2257/3 = 0,07522 → Cl₂

Produkto masė

n(AlCl₃) = 0,07522·2 = 0,1504 mol

m = 0,1504·133,33 = 20,06 g

Atsakymas

m = 20,06 g

2.Stechiometrija

Atsakymas: Y = 54,99 %

Teorinė išeiga

n(CaCO₃) = 16/100,09 = 0,1599 mol

m = 0,1599·1/1·56,08 = 8,965 g

Išeiga procentais

Y = 4,93/8,965·100 = 54,99%

Atsakymas

Y = 54,99%

3.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: V₁ = 25 mL

Molinė koncentracija: koncentracija c = n/V, išreikšta mol/L, kur n = m/M. Skiedžiant pridedama tirpiklio, bet ne ištirpusios medžiagos, todėl molių skaičius nekinta: c₁·V₁ = c₂·V₂. Sumaišius du tos pačios medžiagos tirpalus, moliai sudedami, kaip ir tūriai.

Pradinio tirpalo tūris

V₁ = c₂·V₂/c₁ = 0,4·250/4 = 25 mL

Atsakymas

V₁ = 25 mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: c = 2,333 mol/L

Bendras molių skaičius

n = 1,5·50 + 2,5·250 = 700 mmol

Mišinio koncentracija

c = 700/300 = 2,333 mol/L

Atsakymas

c = 2,333 mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: P = 493 kPa

Idealiųjų dujų dėsnis: PV = nRT, kur n = m/M.

Moliai

n = m/M = 250/44,01 = 5,681 mol

T = 40 + 273,15 = 313,1 K

Slėgis

P = nRT/V = 5,681·8,314·313,1/0,03 = 493 kPa

Atsakymas

P = 493 kPa

6.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: V₂ = 2,277 L

Jungtinis dujų dėsnis: pastoviam idealiųjų dujų kiekiui P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂.

Absoliučiosios temperatūros

T₁ = 303,1 K, T₂ = 483,1 K

Jungtinis dujų dėsnis

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 2·(250/350)·(483,1/303,1) = 2,277 L

Atsakymas

V₂ = 2,277 L

7.Kalorimetrija ir entalpija

Atsakymas: T_f = 43,94 °C

Šiluma ir entalpija: medžiagai įkaitinti reikia q = m·c·ΔT šilumos. Kalorimetre karšto kūno atiduota šiluma lygi šalto kūno gautai šilumai. Reakcijos entalpijos pokytis randamas iš susidarymo entalpijų: ΔH° = ΣΔH°f(produktai) − ΣΔH°f(reagentai), kiekvieną padauginus iš jos koeficiento.

Šilumos balansas

250·0,449·(200 − T_f) = 150·4,18·(T_f − 16)

Išreikškite galutinę temperatūrą

T_f = (112,3·200 + 627·16)/(112,3 + 627) = 43,94 °C

Atsakymas

T_f = 43,94 °C

8.Kalorimetrija ir entalpija

Atsakymas: ΔH° = −890,3 kJ

Reakcijos entalpija

ΔH° = [1·(−393,5) + 2·(−285,8)] − [1·(−74,8) + 2·0] = −890,3 kJ

Atsakymas

ΔH° = −890,3 kJ

Neigiama: reakcija išskiria šilumą (egzoterminė).

9.Cheminė pusiausvyra

Atsakymas: [HI] = 0,3333 mol/L

Cheminė pusiausvyra: reakcijai aA + bB ⇌ cC + dD pusiausvyros konstanta K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b), kur imamos pusiausvyrinės koncentracijos. ICE lentelė (pradinė, pokytis, pusiausvyra) per vieną nežinomąjį x, padaugintą iš koeficientų, susieja pradinius kiekius su pusiausvyriniais.

Pusiausvyros išraiška

16 = (2x)²/(0,25 − x)²

Ištraukite kvadratinę šaknį

4 = 2x/(0,25 − x) → x = 0,25·4/(2 + 4) = 0,1667 mol/L

Pusiausvyrinė koncentracija

[HI] = 2x = 0,3333 mol/L

Atsakymas

[HI] = 0,3333 mol/L

10.Cheminė pusiausvyra

Atsakymas: [PCl₅] = 0,01459 mol/L

Pusiausvyros išraiška

0,5 = x²/(0,1 − x) → x² + 0,5·x − 0,05 = 0

Išspręskite kvadratinę lygtį

x = (−0,5 + √(0,5² + 4·0,05))/2 = 0,08541 mol/L

Pusiausvyrinė koncentracija

[PCl₅] = 0,1 − 0,08541 = 0,01459 mol/L

Atsakymas

[PCl₅] = 0,01459 mol/L

11.pH ir buferiai

Atsakymas: pH = 2,179

pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] ir pOH = −log₁₀[OH⁻], o 25 °C temperatūroje pH + pOH = 14. Stiprios rūgštys ir bazės jonizuojasi visiškai. Silpna rūgštis – tik iš dalies: Ka = x²/(c − x), kur x = [H₃O⁺]. Buferis iš silpnos rūgšties ir jos konjuguotosios bazės atitinka Hendersono–Haselbalcho lygtį: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).

Pusiausvyra

HA ⇌ H⁺ + A⁻: jonizuojasi x mol/L rūgšties.

Ka = x²/(0,25 − x) → x = 0,006619 mol/L

pH

pH = −log(0,006619) = 2,179

Atsakymas

pH = 2,179

12.pH ir buferiai

Atsakymas: pH = 7,566

Neutralizacija

n(HA) = 0,2 − 0,01 = 0,19 mol

n(A⁻) = 0,2 + 0,01 = 0,21 mol

Hendersono–Haselbalcho lygtis

pH = 7,523 + log(0,21/0,19) = 7,566

Atsakymas

pH = 7,566

13.Reakcijų kinetika

Atsakymas: t = 17,33 min

Reakcijos greitis: pirmos eilės reakcijai −dC/dt = kC, todėl C = C₀·e^−kt, o pusėjimo trukmė ln 2/k nepriklauso nuo koncentracijos. Antros eilės reakcijai 1/C = 1/C₀ + kt. Greičio konstanta didėja su temperatūra pagal Arenijaus lygtį: k = A·e^−Ea/(RT).

Konversija ir koncentracija

C/C₀ = 1 − X = 0,25

Išreiškite laiką

t = −ln(1 − X)/k = −ln(0,25)/0,08 = 17,33 min

Atsakymas

t = 17,33 min

14.Reakcijų kinetika

Atsakymas: T₂ = 38,63 °C

Reaction rates: for a first-order reaction −dC/dt = kC, so C = C₀·e^−kt and the half-life ln 2/k does not depend on concentration. For a second-order reaction 1/C = 1/C₀ + kt. The rate constant rises with temperature following Arrhenius: k = A·e^−Ea/(RT).

Absoliučioji temperatūra

T₁ = 303,1 K

Iš Arenijaus lygties išreiškite T₂

1/T₂ = 1/303,1 − 8,314·ln(3)/100000 = 3,299 × 10⁻³ − 9,134 × 10⁻⁵ = 3,207 × 10⁻³ K⁻¹

T₂ = 311,8 K = 38,63 °C

Atsakymas

T₂ = 38,63 °C

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry